2826 花生收獲機(jī)的設(shè)計(jì),花生,收獲,收成,設(shè)計(jì) 目 錄1 緒論 ..............................................................................................................................................21.1 研究的目的和意義 ......................................................................................................................21.2 現(xiàn)狀及分析 ..................................................................................................................................21.2.1 國(guó)外花生收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................................21.2.2 國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................22 振動(dòng)篩式花生收獲裝置的設(shè)計(jì)原理 ..................................................................................32.1 設(shè)計(jì)依據(jù) .............................................................................................................................32.2 設(shè)計(jì)方案的選擇與分析 .....................................................................................................32.3 總體設(shè)計(jì) .............................................................................................................................42.4 工作原理 .............................................................................................................................43 主要參數(shù)確定與關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) .............................................................................................43.1 主要參數(shù)確定 .....................................................................................................................43.1.1 花生收獲機(jī)的功率計(jì)算 .........................................................................................43.1.2 挖掘鏟主要參數(shù)的確定 .........................................................................................53.1.4 軸的校核 .................................................................................................................84 結(jié)束語(yǔ) ........................................................................................................................................10致 謝 ..............................................................................................................................................11參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................121 緒論1.1 研究的目的和意義中國(guó)花生種植面積約為433萬(wàn)hm 2，是世界第二種植大國(guó) [1]。長(zhǎng)期以來(lái)，由于花生種植、收獲和加工大都是靠人工完成的。勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。據(jù)初步估算，整個(gè)花生生產(chǎn)過(guò)程中，花生的收獲所用工時(shí)為整個(gè)過(guò)程的三分之一以上。而這一階段的作業(yè)成本占整個(gè)花生生產(chǎn)成本的50%以上。很顯然的，對(duì)花生收獲機(jī)械過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)是降低收獲時(shí)期作業(yè)成本，保證增產(chǎn)增收的有效方法。針對(duì)我國(guó)尤其是山東、江蘇、河南、河北等省市花生收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展的新形式要求，目前，國(guó)際經(jīng)濟(jì)趨于全球化,我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械面臨著新的機(jī)遇和嚴(yán)峻考驗(yàn)研究設(shè)計(jì)花生收獲機(jī)，對(duì)提高我國(guó)花生收獲機(jī)械化水平具有重要意義 [2]。1.2 現(xiàn)狀及分析1.2.1 國(guó)外花生收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是美國(guó)，收獲形式為典型的兩段式收獲：即先用花生挖掘機(jī)將花生挖掘出來(lái)、除土后成條鋪放于田間，待花生晾干后，再用帶撿拾器的花生收獲機(jī)撿拾摘果。發(fā)達(dá)國(guó)家（地區(qū)）的機(jī)械化花生收獲主要有兩種技術(shù)模式，一種是以美國(guó)、加拿大、歐洲等國(guó)為代表的大型全程機(jī)械化分段收獲技術(shù)集成模式，由挖掘機(jī)、撿拾機(jī)、摘果機(jī)和秧蔓處理等設(shè)備分別完成挖掘、清土、摘果和秧蔓處理等作業(yè)；另一種是以日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣省為代表的小型自走式聯(lián)合收獲技術(shù)模式，由一臺(tái)設(shè)備一次性完成花生收獲中的挖掘、清土、摘果、集果和秧蔓處理等作業(yè)。日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣省的種植制度、生產(chǎn)規(guī)模和氣候條件等與中國(guó)大陸較為接近，其花生聯(lián)合收獲技術(shù)裝備對(duì)我們具有較大的借鑒意義?；ㄉ?lián)合收獲和稻麥聯(lián)合收獲一樣，同樣有半喂入和全喂入之分，全喂入花生聯(lián)合收獲存在功耗大、傷果率高、夾帶損失大等問(wèn)題。JohnDeere 公司和KelleyManufacturing 公司研制生產(chǎn)的花生分段收獲機(jī)械代表了世界最先進(jìn)的水平 [3]。1.2.2 國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)花生收獲機(jī)械化水平無(wú)論是同其他主要糧食作物相比，還是同世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，均處于較低水平?；ㄉ斋@機(jī)械正處于發(fā)展期，目前以分段收獲為主，部分地區(qū)用花生挖掘犁，少部分地區(qū)采用花生收獲（挖掘）機(jī)，聯(lián)合收獲技術(shù)剛剛起步。聊城市農(nóng)機(jī)研究所與青島即墨市利源金屬制品廠聯(lián)合研制了 4BH-2 小型背負(fù)式聯(lián)合收獲機(jī)，取得了突破性發(fā)展。山東雙力集團(tuán)也研發(fā)了 4HD-1 型花生聯(lián)合收獲機(jī)，可一次完成挖掘、分離、摘果、清洗、集果等作業(yè)。同時(shí)，萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院等單位研制了 4H-2 型花生收獲機(jī)，該機(jī)突破了以往機(jī)型挖掘鏟與分離鏈相配合的傳統(tǒng)工作方式，創(chuàng)建擺動(dòng)挖掘原理，將挖掘與除土分離兩個(gè)機(jī)構(gòu)融為一體：收獲部件利用反平行四邊形機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了兩工作部件的等角度、反方向擺動(dòng)，使機(jī)架承受的側(cè)向力相互平行，機(jī)組工作平穩(wěn)：收獲部件擺動(dòng)前進(jìn)，工作阻力小。4H2 型花生收獲機(jī)是目前應(yīng)用推廣較好的機(jī)械。該機(jī)械適應(yīng)當(dāng)前的種植體制,選用農(nóng)村普遍應(yīng)用的 8.8～13 kW 小四輪拖拉機(jī)為配套動(dòng)力,可與多功能花生播種覆膜機(jī)配套使用,是唯一可以將殘膜同花生一起收起,減少地膜殘余量的有效機(jī)械。但該收獲機(jī)的主要參數(shù)未進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與理論分析，特別是重要的傳動(dòng)部件沒(méi)有進(jìn)行最佳結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定。工作時(shí)，有關(guān)參數(shù)需要逐步調(diào)試，影響花生收獲機(jī)的性能與作業(yè)質(zhì)量。為此，進(jìn)一步從理論上研究 4H2 型花生收獲機(jī)，對(duì)其主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,對(duì)推動(dòng)花生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析4H2 型花生收獲機(jī)主要由限深輪、傳動(dòng)軸、偏心傳動(dòng)輪、連桿、長(zhǎng)擺桿、立軸、收獲部件、長(zhǎng)連桿、擺桿、懸掛裝置、機(jī)架等零部件組成。工作過(guò)程中，花生收獲機(jī)在拖拉機(jī)的牽引下一方面前進(jìn)，一方面動(dòng)力通過(guò)拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸、萬(wàn)向節(jié)、傳動(dòng)軸，帶動(dòng)偏心傳動(dòng)輪以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)：偏心膠帶輪則通過(guò)連桿帶動(dòng)長(zhǎng)擺桿運(yùn)動(dòng)，隨之帶動(dòng)長(zhǎng)連桿、擺桿運(yùn)動(dòng)。由于長(zhǎng)擺桿、擺桿分別通過(guò)立軸、收獲部件。由于挖掘鏟后部連接的縱向分離柵條在不停地作扇形擺動(dòng)，使得被挖起的土壤和花生的混合體松碎。密度大的土壤在運(yùn)動(dòng)中從柵條間隙中落下：而密度小的花生莢果，在運(yùn)動(dòng)中上浮，實(shí)現(xiàn)了花生與土壤良好分離。隨后花生植株繼續(xù)向后歸攏輸送，最后整齊地平鋪在挖掘后的地面 [4]。1.4 國(guó)內(nèi)外研究存在問(wèn)題（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、拆卸不方便，操作不便；（2）采用機(jī)械振動(dòng)的方式采收花生，其偏心振動(dòng)頻率高、振幅小，按要求正確操作；（3）生產(chǎn)率較低，采凈率低，范圍不廣。1.5 研究的內(nèi)容與方法根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的花生收獲機(jī)研究現(xiàn)狀與萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院等單位研制了 4H-2 型花生收獲機(jī)密植模式的特點(diǎn)急需開(kāi)發(fā)適于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，收獲效果好，對(duì)花生損傷少的收獲裝置。該課題的主要研究?jī)?nèi)容有：依據(jù)花生收獲裝置的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出花生收獲機(jī)，并利用 Autodesk、Solidworks等軟件進(jìn)行繪圖與實(shí)體繪制設(shè)計(jì)出花生收獲機(jī)整體結(jié)構(gòu)主要由設(shè)備主要包括底盤(pán)、傳動(dòng)系統(tǒng)和作業(yè)組件，整體采用側(cè)向配置式，底盤(pán)采用 450 型半喂入稻麥聯(lián)合收割機(jī)底盤(pán)等組成：動(dòng)力設(shè)備提供動(dòng)力，使整個(gè)收獲裝置向前行走；除雜與收集裝置負(fù)責(zé)收集與除雜工作：傳動(dòng)系統(tǒng)采用分路傳動(dòng)，并配有液壓無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)；作業(yè)組件包括扶禾裝置、挖掘裝置、夾持輸送裝置、清土裝置、摘果裝置、清選系統(tǒng)和集果系統(tǒng)等。試驗(yàn)考核和示范應(yīng)用表明，該機(jī)性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，主要指標(biāo)為：果實(shí)損失率 2.3%，摘果破損率 0.45%，果實(shí)清潔度 99%，設(shè)備可靠性系數(shù)96.2%，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)該機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。討論分析了收獲機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)，參考動(dòng)力設(shè)備參數(shù)，既要保證工作要求，又要盡量減小功率消耗。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出收獲機(jī)移動(dòng)所需的功率，根據(jù)該功率選擇合適的動(dòng)力設(shè)備。該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)圖并進(jìn)行仿真模擬。既要保證工作要求，又要盡量使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2 振動(dòng)篩式花生收獲裝置的設(shè)計(jì)原理中國(guó)對(duì)花生收獲機(jī)械裝置的研究正處在發(fā)展時(shí)期，花生收獲機(jī)械大面積的推廣還需要一段時(shí)間，農(nóng)村分散經(jīng)營(yíng)的生產(chǎn)體制和農(nóng)民的消費(fèi)水平，東部與西部地區(qū)的差別，對(duì)產(chǎn)品、技術(shù)需求的遞進(jìn)趨勢(shì)以及廣大農(nóng)村中小型拖拉機(jī)擁有量大的特點(diǎn)，決定了在今后一段時(shí)期內(nèi)，中國(guó)仍然要以中小型花生收獲機(jī)械與裝置為主要的研究和推廣對(duì)象 [5]。但是，國(guó)內(nèi)對(duì)花生收獲裝置的理論研究有待深入，研究工作還基本停留在試制與試驗(yàn)階段，對(duì)花生收獲裝置的工作原理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、具體的工作情況及規(guī)律性的深入研究尚沒(méi)有報(bào)道;而現(xiàn)有的花生收獲技術(shù)的理論著作過(guò)于老化，新理論和學(xué)術(shù)研究性文章比其它農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)理論相對(duì)偏少，且深度不夠，學(xué)術(shù)價(jià)值較低，致使收獲機(jī)械與裝置有效供給不足，小型機(jī)具多，優(yōu)質(zhì)機(jī)械過(guò)少，大中型農(nóng)機(jī)具跟不上發(fā)展需要，收獲裝置不能滿足花生生產(chǎn)實(shí)際的需求，影響了新裝置的開(kāi)發(fā)改進(jìn)，最終影響了花生種植業(yè)戶購(gòu)買(mǎi)機(jī)具的積極性。因此，加強(qiáng)理論研究，加快理論與實(shí)踐的結(jié)合速度，研制出適合中國(guó)當(dāng)前國(guó)情、性能穩(wěn)定、高效優(yōu)質(zhì)的新型花生收獲裝置，以滿足國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段廣大花生種植用戶及市場(chǎng)的迫切需求，應(yīng)當(dāng)是現(xiàn)階段中國(guó)花生生產(chǎn)機(jī)械化研究的主要方向。2.1設(shè)計(jì)依據(jù)（1）符合中國(guó)國(guó)情中國(guó)農(nóng)村人口多、土地少，且分散經(jīng)營(yíng)，大型農(nóng)機(jī)具.保有量少，而中小型拖拉機(jī)擁有量大。所以，針對(duì)中國(guó)現(xiàn)階段農(nóng)村生產(chǎn)的實(shí)際狀況，所設(shè)計(jì)的花生收獲裝置應(yīng)以配用中小型動(dòng)力為主。（2）作業(yè)可靠、減少收獲損失根據(jù)山東省質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布的《山東省地方標(biāo)準(zhǔn)～農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)質(zhì)量花生機(jī)械收獲》和農(nóng)藝要求，所設(shè)計(jì)的花生收獲裝置應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)為:配套動(dòng)力:11～13.2kW 小型四輪拖拉機(jī)生產(chǎn)率:0.1～0.13hm 2/h損失率: 3%?莢果破碎率: 1%（3）結(jié)構(gòu)緊湊，降低成本為便于花生收獲裝置的推廣和使用，考慮到中國(guó)現(xiàn)階段廣大花生種植戶的消費(fèi)水平，在保證收獲裝置作業(yè)質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，真正使廣大農(nóng)民買(mǎi)得起、用得上。2.2設(shè)計(jì)方案的選擇與分析傳統(tǒng)的花生收獲裝置大多采用挖掘鏟和抖動(dòng)鏈相組合的方式。這種裝置是20世紀(jì)70年代中國(guó)從美國(guó)引進(jìn)和消化吸收后推廣應(yīng)用的，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、動(dòng)力消耗大、可靠性差，而且收獲損失偏高、花生蔓鋪放雜亂，不便于人工揀拾。本文所設(shè)計(jì)的收獲裝置擬采用將挖掘和分離兩項(xiàng)功能溶為一體的全新結(jié)構(gòu)，以減少功耗、機(jī)體尺寸以及收獲損失;并對(duì)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)和操縱裝置進(jìn)行合理配置，確保動(dòng)力傳遞高效可靠，操縱調(diào)整簡(jiǎn)便。由于花生的種植模式是兩行壟作，所以收獲裝置的挖掘部件應(yīng)為兩個(gè)挖掘鏟，在收獲裝置作業(yè)過(guò)程中擬使挖掘鏟以一定的頻率擺動(dòng)前進(jìn)，即擺動(dòng)式挖掘。這樣，可以最大限度地減少土壤對(duì)工作機(jī)組的阻力，降低機(jī)組功耗。為減少機(jī)構(gòu)尺寸，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，收獲裝置的分離部件擬附著在挖掘部件上，在作業(yè)時(shí)，通過(guò)挖掘部件的擺動(dòng)使分離機(jī)構(gòu)將花生與泥土分離。所以，設(shè)計(jì)方案的選擇主要是傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇和挖掘分離裝置的確定。2.3總體設(shè)計(jì)該機(jī)主要由挖掘鏟、振動(dòng)篩、行走輪、傳動(dòng)裝置及機(jī)架等組成。挖掘鏟的作用是鏟斷花生主根、掘起秧土，并將掘起的土壤和花生秧果傳輸?shù)角逋裂b置上。對(duì)挖掘鏟的要求是前行阻力小、挖掘深度穩(wěn)定、耐磨損、碎土性好、自潔性好、制作工藝方便等。本機(jī)挖掘鏟采用整體單鏟式平鏟，并在其后端設(shè)有碎土柵，以增加其破碎土功能，也是花生秧果從挖掘鏟升運(yùn)到振動(dòng)篩的銜接部件。挖掘鏟選用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，固定連接在機(jī)架的前下部?；ㄉ斋@機(jī)的清土裝置目前主要有抖動(dòng)升運(yùn)鏈?zhǔn)胶驼駝?dòng)篩式兩種，振動(dòng)篩式結(jié)構(gòu)緊湊、清土效果好、傷果率低等特點(diǎn)，但較抖動(dòng)升運(yùn)鏈?zhǔn)秸w震動(dòng)較大。綜合考慮本設(shè)計(jì)采用振動(dòng)篩式清土裝置，振動(dòng)篩柵條為縱向排布，柵條中心距可以根據(jù)當(dāng)?shù)鼗ㄉ贩N（主要是花生果大?。﹣?lái)確定，為便于將花生秧果成條鋪放到遠(yuǎn)離未收取區(qū)的已收區(qū)，振動(dòng)篩設(shè)計(jì)為下傾式，振動(dòng)篩通過(guò)機(jī)架兩側(cè)的連桿與機(jī)架鉸接，由前上部的偏心驅(qū)振裝置驅(qū)動(dòng)作往復(fù)振動(dòng)，驅(qū)振裝置上配有偏心平衡塊裝置。為防止作業(yè)時(shí)秧草纏繞設(shè)備和機(jī)器內(nèi)側(cè)挑鄰行花生秧蔓。傳動(dòng)系統(tǒng)采用帶組合傳動(dòng)，分別將拖拉機(jī)的輸出動(dòng)力傳輸?shù)絺?cè)向切割器與篩動(dòng)裝置。設(shè)備兩側(cè)配有充氣式橡膠行走輪，行走輪直徑為405mm，寬度為100mm。2.4工作原理此類(lèi)振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)帶動(dòng)收獲機(jī)具前行，挖掘鏟以一定角度鏟入土中（挖掘深度通常在100～150mm），將花生主根切斷，并將掘起的土壤和花生秧果輸送到振動(dòng)篩上。掘起的土壤和花生秧果進(jìn)入往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)篩，將花生和沙土不斷地向后振動(dòng)輸送，大部分沙土被振落至篩下，實(shí)現(xiàn)清土目的，花生秧果和少部分未去除的沙土隨后從振動(dòng)篩的側(cè)尾端被拋送到已收區(qū)，實(shí)現(xiàn)成條鋪放，待田間晾曬后再進(jìn)行揀拾作業(yè)。行走輪安裝在機(jī)架上，通過(guò)選用不同的定位孔可調(diào)節(jié)行走輪的安裝高度，調(diào)節(jié)挖掘鏟的挖掘深度和入土角。本機(jī)的主要特點(diǎn)：采用側(cè)尾振動(dòng)篩清土裝置，清土效果好、條鋪效果好、可靠度高、損失率低；偏心塊與振動(dòng)篩采用等慣量反配置自平衡設(shè)計(jì)，不僅可同時(shí)實(shí)現(xiàn)清土和輸送一體化功能，而且具有震動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、駕乘舒適等特點(diǎn)；通過(guò)調(diào)節(jié)行走輪安裝高度，來(lái)調(diào)整挖掘深度和挖掘鏟入土角，操作簡(jiǎn)單方便；11～13.2 kW 拖拉機(jī)即可帶動(dòng)，與現(xiàn)階段大多數(shù)農(nóng)戶擁有的小四輪拖拉機(jī)相適應(yīng)，具有適配動(dòng)力廣，投資少，收效快等特點(diǎn)。3 主要參數(shù)確定與關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)3.1 主要參數(shù)確定參照相關(guān)花生收獲機(jī)的技術(shù)參數(shù)和雙行振動(dòng)式馬鈴薯挖掘機(jī)功率選定原則，本設(shè)備適配動(dòng)力功率為11～13.2 kW的拖拉機(jī)，每次收兩行，預(yù)期生產(chǎn)率為：0.07～0.1 hm2/h，根據(jù)花生主產(chǎn)區(qū)種植的寬窄行距實(shí)際情況，選定作業(yè)幅寬為550mm，因此確定挖掘鏟的寬度為 430mm，同時(shí)采用入土角與振動(dòng)篩升運(yùn)角一致設(shè)計(jì)原則，選定挖掘鏟入土角為25°。挖掘深度設(shè)計(jì)為100～150mm 可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)行走輪在機(jī)架上的上下安裝位置實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)篩組振動(dòng)由偏心輪帶動(dòng)，偏心距為1cm。 3.1.1 花生收獲機(jī)的功率計(jì)算花生收獲機(jī)所需的總功率可分為3部分，即挖掘裝置及地輪行走所需的功率 振動(dòng)篩所需的dN功率 和機(jī)械傳動(dòng)消耗的功率 。sNnN（3-1）ds??（3-2）2123mPfGKaBV??式中 P～平均牽引阻力，P=4808.7N ；G～花生收獲機(jī)質(zhì)量，G=2234N；f～綜合摩擦系數(shù)，f=0.25～0.5 ；K～土垡抵抗變形的性能系數(shù) K=0.2～l ；～動(dòng)態(tài)阻力系數(shù)，取 kg/s2·cm4；?3??～機(jī)組前進(jìn)速度， ；mV1.8mVsa～挖掘深度，a=l2cm；B～挖掘幅寬，B=60cm；～摩擦阻力，包括挖掘鏟和溝底、溝壁之間及輪軸之間的阻力，地輪對(duì)土壤的滾動(dòng)阻力及1P摩擦阻力， ；56fGN?～土垡變形的阻力， ；2214PKaBN?～動(dòng)力變化阻力，即土壤動(dòng)量變化時(shí)所產(chǎn)生的阻力， ；3 372.3mPaBVN??（3-3）.10mdVkW?式中 ～牽引阻力利用系數(shù)，取 =0.8-0.9。（3-4）sin102sfNVaB????式中 ～分離鏈上土壤的百分含量；?～土壤的容重。?（3-5）()ns??式中 ～機(jī)械傳動(dòng)效率。?則花生收獲機(jī)所需的總功率為：=8.1kW （3-6）(2)i1010fmdsnVaBPN????????故采用8.8kW以上的四輪拖拉機(jī)作為配套動(dòng)力。所以11～13.2kW的拖拉機(jī)作為動(dòng)力配套裝置可以使用。通過(guò)傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)機(jī)理與參數(shù)分析，得到了該部件主要參數(shù)間的關(guān)系表達(dá)式與傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為進(jìn)一步的分析研究提供了理論依據(jù)。3.1.2 挖掘鏟主要參數(shù)的確定如圖3-1所示:三角形平面鏟的主要參數(shù)有入土角α 、鏟面長(zhǎng)度 L、鏟刃斜角γ 、鏟面寬度B和鏟后端高度h等。圖3-1 挖掘鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）入土角α挖掘鏟入土角較小時(shí)，其入土性能差，鏟面上土壤后移速度較快，漏土較少；當(dāng)入土角較大時(shí)，入士性能好，但阻力增大，土壤后移速度減慢，易雍土。機(jī)器前進(jìn)作業(yè)時(shí)，位于鏟面上的土壤受力情況如圖3-2所示。圖3-2 鏟面受力分析利用達(dá)朗伯原理，為使土壤能夠后移應(yīng)滿足：（3-7）Pcosα-TGin0R=???????式中：P-沿著挖掘鏟移動(dòng)的掘起物所需的力;R-鏟對(duì)上壤的反作用力;T-鏟面與上壤的摩擦力;G-掘起物的重力;α-挖掘鏟的入上角;μ-上壤對(duì)鏟的摩擦系數(shù)μ=tgφ,φ為掘起物與鏟面之間的摩擦角。簡(jiǎn)化（7）式得：p Gtan(α+μ) （3-8 ）?式（8）表明牽引阻力P與挖掘鏟的入土角α為正切函數(shù)關(guān)系，在不同土質(zhì)中作業(yè)時(shí)，入土角的改變對(duì)阻力P的影響規(guī)律如圖3-3 中曲線所示。當(dāng)φ較小時(shí)，曲線變化平緩，隨著φ增大，曲線變陡，說(shuō)明入土角的改變對(duì)牽引阻力的影響，在重質(zhì)土壤中比在輕質(zhì)土壤中敏感，當(dāng)入土角α較小時(shí)，牽引阻力P隨α 增長(zhǎng)較慢，當(dāng) α 以后，牽引阻力急劇上升，因此，挖掘鏟的入土角應(yīng)取α25?為宜。?25?（2）鏟面長(zhǎng)度 L鏟的長(zhǎng)度 L分為L(zhǎng) 1和L 2， L1是挖掘鏟的入土長(zhǎng)度，L 2是鏟在地面以上過(guò)渡部分的長(zhǎng)度。入土長(zhǎng)度由圖3-2可得：（3-9）1H=sinα式中H- 挖掘深度?；ㄉY(jié)果通常在地表以下100mm深處，取挖掘深度H=120mm，L 1隨α的變化如圖3-3 中曲線所示，入土部分長(zhǎng)度L 1隨入土角α 的增大而減小，當(dāng)α取較小值時(shí) L1會(huì)較長(zhǎng)，入土性能差且結(jié)構(gòu)不緊湊，一般取α> ，這里取α= 。由公式（3-9 ）得L 1 284mm。5?25? =過(guò)度部分長(zhǎng)度L 2 ：過(guò)渡部分L 2為土壤和花生向分離裝置輸送的必經(jīng)區(qū)段，土壤在這里將發(fā)生膨松、變形，并消耗動(dòng)能，過(guò)渡部分長(zhǎng)度L 2應(yīng)盡量短，以便土壤在鏟面上的后移速度未達(dá)零值之前，就被送至分離裝置。L2的長(zhǎng)度可根據(jù)能量守恒定律確定。設(shè)質(zhì)量為m的掘起物，在L 2區(qū)段的始點(diǎn) A的速度為V A，移到B 點(diǎn)時(shí)的速度為V B，掘起物由A 點(diǎn)向上移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，其動(dòng)能消耗等于克服重力、摩擦力所作的功，由能量守恒守律得到：（3-10）1-V=+2GF式中， —重力所作的功，AGG2A=mgLsinα—摩擦力所作的功， Fμco將A G、A F帶入（10）式得：（3-11）22(sincs)ABVLg?????式（3-11）表明，當(dāng)速度VA增大時(shí)，L 2增加很快，有利于土壤上升和后移。所以，在確定時(shí)L2應(yīng)考慮工作檔位。當(dāng)入土角α 取較大值時(shí)，L 2應(yīng)減小。另外 L2隨μ 增大而減小。所以實(shí)際設(shè)計(jì)挖掘鏟時(shí)，為減少摩擦力，避免壅土，將挖掘鏟入土部分的一段和過(guò)渡部分設(shè)計(jì)為柵條式，以便于土壤順利后移，并使部分土壤分離。根據(jù)以上條件取L 2 266mm。?（3）鏟刃斜角γ挖掘鏟工作時(shí)!切斷根蔓的能力主要取決于鏟刃斜角 γ。γ 過(guò)大時(shí)，根蔓易纏結(jié)鏟刃，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生堵塞。γ過(guò)小時(shí)，根蔓不易被切斷而發(fā)生滑脫現(xiàn)象。圖3-4 鏟刃劃切受力分析如圖3-4所示，設(shè)φ為根蔓和土壤對(duì)挖掘鏟鏟刃的摩擦角，P為作業(yè)時(shí)土壤對(duì)鏟的反作用力，則P沿挖掘鏟鏟刃的分力Q=Pcosγ 使根蔓和土壤后移，阻止根蔓和土壤向后滑移的摩擦力T=Rtanφ式中R=Psinγ為使根蔓能滑離鏟刃，產(chǎn)生滑切的條件是Q>T 即Pcosγ>Psinγtanφ化簡(jiǎn)該式得：γ= -φ （3-12）90?為使挖掘鏟具有良好的切割性能，鏟刃斜角的選擇應(yīng)滿足式（12） 。γ越小滑切性能越好，但在幅寬不變時(shí)鏟刃斜角γ減小會(huì)增加鏟刃長(zhǎng)度，使整機(jī)縱向尺寸變大，對(duì)機(jī)組的提升和行走均不利。因此鏟刃斜角不宜過(guò)小，土壤對(duì)鋼的摩擦系數(shù)tanφ=0.4 ～ 0.8，所以γ< ～ 一般γ 取為51.3?68.2?左右。為了使未切割的莖葉和雜草順利地滑出鏟刀，鏟刃末端應(yīng)離機(jī)器側(cè)板及其他零件40mm50?以上的距離。因此，所設(shè)計(jì)的鏟刀刃角度取 。 （4）鏟面寬度B50?鏟的寬度主要取決于花生地下分布寬度、行距的不均勻性、植株對(duì)垅中心的偏移和機(jī)器工作行駛時(shí)的偏差。一般單行花生收獲機(jī)挖掘鏟的寬度不小于400mm ～600mm 可按下式計(jì)算：（3-13）132bBc???式（13）中b—花生分布平均寬度(mm)—花生分布寬度標(biāo)準(zhǔn)差(mm)c—機(jī)器行駛偏差，可取 c=50～80mm。根據(jù)以上條件取B 1=430mm。在保證鏟刃的自動(dòng)清理和良好的入土性能及碎土能力的前提下，從理論上推導(dǎo)出挖掘鏟的入土角、鏟面長(zhǎng)度、鏟刃斜角、鏟面寬度的計(jì)算方法，為設(shè)計(jì)挖掘鏟提供了理論依據(jù)。（5）鏟面離地表最高距離h α根據(jù)以上計(jì)算確定鏟面長(zhǎng)度為L(zhǎng)=L 1+L2=550mm，入土角α= 。25?h=sinα·L=233mmhα= h－H=233mm－120mm=113mm所以確定鏟面離地表最高距離h=233mm3.1.3平行連桿機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)及行走輪的設(shè)定振動(dòng)篩組由平行連桿機(jī)構(gòu)練接，振動(dòng)篩傾斜角（相對(duì)水平位置）為 0.5o ，使得在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)篩上的所收獲的花生有向下的加速度，保證收獲的花生可以順利脫土并滑落到滑板實(shí)現(xiàn)一側(cè)倒伏。根據(jù) Solidworks 實(shí)體作圖得出連接振動(dòng)篩一側(cè)的兩根桿的桿長(zhǎng)為 670mm，距離為250mm。設(shè)定振動(dòng)篩的振幅為 12mm，則根據(jù)實(shí)體圖得出連桿比例為 1：10，所以偏心輪的偏心距為 1.2mm。行走輪高度為人工可調(diào)，輪直徑為 405mm，寬為 200mm。支架上設(shè)有空，可通過(guò)螺栓連接來(lái)調(diào)節(jié)高度。行走輪裝置如圖 3-7 所示。圖 3-8 行走輪3.1.4 軸的校核軸在實(shí)際工作中，承受各種載荷。設(shè)計(jì)計(jì)算是確保軸可以承受載荷、可靠工作的重要保證。根據(jù)軸的失效形式，對(duì)軸的計(jì)算內(nèi)容通常為強(qiáng)度計(jì)算、剛度計(jì)算和臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。軸如圖 3-9 所示 圖 3-9 軸考慮軸的剛度、強(qiáng)度、及耐摩性要求，并且考慮材料成本等問(wèn)題，選擇了 45 鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使 HBS 達(dá)到 217-255，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定軸的直徑，軸的直徑為 30mm，軸上的鍵槽用于連接皮帶輪和凸輪，下面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。集中載荷作用于凸輪，在草稿上繪制受力簡(jiǎn)圖，得出：（1）凸輪上作用力大小轉(zhuǎn)矩 ??558.19.109.0348PT Nmn??????偏心輪最小處直徑為 59.88mm圓周力??1253481729.tTFNd???徑向力 )(54360costr??軸向力??0aN?（2）求軸承上軸承的支反力及主要截面彎距 ??91543092rBVFN???截面處彎距為 6BVCMm???左 ??????001543920459DrBVFNm?????右（3）求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎距9178254tBHFN??????5637DtBH?截面處的彎距為0120CMm??（4）截面處垂直面和水平面的合成彎距??2224965748CHV N??????左 左571C m右 右（5）按彎距合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎距和扭矩的截面的強(qiáng)度，取 =0.6，計(jì)算應(yīng)力：???????2 222375480.65481.19vMTMPaW????????查表得 ，由于 ，故安全。??160Pa???v???軸承座的選用及壽命計(jì)算：軸承座的選擇：選擇深溝球軸承，型號(hào)為 6207，因?yàn)橹饕惺軓较蜉d荷，當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。而且價(jià)格最低。軸承座的壽命計(jì)算：由設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得 6207 軸承的基本額定動(dòng)載荷 ，基本額定靜載荷305rCN?。具體計(jì)算如下：02rCN?（1）計(jì)算兩軸承的內(nèi)部軸向載荷110.5.4371.5sRFN???220（2）計(jì)算兩軸承的軸向載荷左端軸承 1 127. 3.55361.5s Aa FN?????兩 者 中 取 最 大 值右端軸承 210 70..saF???兩 者 中 取 最 大 值（3）計(jì)算兩軸承當(dāng)量動(dòng)載荷載荷平穩(wěn)，查得載荷系數(shù) 1.pf?10 1113506.22.70.56,.74ArRFeCXY???????1.430394pRAPfXYFN??????同理可知： 20N（4）計(jì)算軸承壽命工作溫度低于 120 度，查的溫度系數(shù) tf?左端軸承 ??310671670548249thfCL hnP????????????????右端軸承 02tf?經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，可以得出左端軸承比右端的容易失效，應(yīng)該在 5482 小時(shí)也就是工作 7.6 個(gè)月后換，右端的只要 3 年換一次就可以。3-10 受力圖4 結(jié)束語(yǔ)本文通過(guò)對(duì)花生的產(chǎn)量，及對(duì)國(guó)內(nèi)花生收獲機(jī)的情況分析，通過(guò)運(yùn)算得出各組件的參數(shù)，設(shè)計(jì)出了包括可調(diào)節(jié)行走輪、振動(dòng)篩、可調(diào)節(jié)高度的挖掘鏟、傳動(dòng)輸出組件等。根據(jù)圖得出一些無(wú)法計(jì)算的數(shù)據(jù)，并利用此軟件中的強(qiáng)度試驗(yàn)證明機(jī)器的一切部件達(dá)到使用要求。設(shè)計(jì)成功的振動(dòng)篩式花生收獲機(jī)適用于花生分段收獲作業(yè)模式，可完成花生挖掘、清土、鋪放功能，本機(jī)用于花生收獲，節(jié)省工時(shí)，減緩農(nóng)村勞力不足，降低收獲作業(yè)成本。致 謝通過(guò)這一階段努力，我的畢業(yè)論文《振篩花生收獲機(jī)械機(jī)的設(shè)計(jì)》終于完成了。此時(shí)意識(shí)到大學(xué)四年的求學(xué)生涯即將結(jié)束，在大學(xué)階段，我在思想上和學(xué)習(xí)上都受益匪淺。這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和關(guān)心、支持和努力是分不開(kāi)的。論文從選題到做論文這幾個(gè)月的時(shí)間里，我深刻體會(huì)到畢業(yè)論文創(chuàng)作過(guò)程的艱辛并為能夠經(jīng)歷這種歷練心存感激。感謝那些給予我無(wú)私幫助與熱情幫助的老師、同學(xué)和朋友。正是在他們的幫助和鼓勵(lì)下，才使我能夠順利提交這篇論文。在此，向所有關(guān)心與支持我的人致謝！本論文是在范修文老師的悉心指導(dǎo)下完成的。范老師以特有的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、淵博知識(shí)與開(kāi)闊思路指導(dǎo)本文的寫(xiě)作，從論文的選題到形成開(kāi)題報(bào)告以及論文的一稿二稿再到最后定稿過(guò)程中，自始自終得到了指導(dǎo)老師的無(wú)私幫助。同時(shí)，指導(dǎo)老師勇于探索和求知的精神、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的治學(xué)風(fēng)范、把握科學(xué)前沿和追求創(chuàng)新的意識(shí)深深地銘刻在學(xué)生心里，使我受益終身，在此，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師范修文老師致以由衷的感謝和崇高的敬意！感謝農(nóng)機(jī) 12 屆各位同窗好友四年來(lái)給予我的無(wú)私幫助。感謝四年里指導(dǎo)我學(xué)習(xí)的各位老師，你們教會(huì)了我很多科學(xué)知識(shí)，做人之道。是你們的支持和付出給予叫我戰(zhàn)勝困難的堅(jiān)韌力量！論文的最終完成建立在學(xué)術(shù)界前輩的大量探索研究結(jié)果基礎(chǔ)之上，本文的很多地方應(yīng)用了他們的研究成果和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，在此謹(jǐn)致謝意。最后，再次向關(guān)心我和幫助我的所有老師、同學(xué)、朋友及家人致以由衷的謝忱！參考文獻(xiàn)[1]尚書(shū)旗,王延耀,周亞龍.花生收獲機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與推廣[J].農(nóng)機(jī)科技推廣. 2004(08) [2]郭紅利,張李嫻,盧軍.最小傳動(dòng)角在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究. 2004(03) [3]楊然兵,尚書(shū)旗,王方艷等.花生收獲機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械. 2008(02) [4]孫同珍,尚書(shū)旗,李國(guó)瑩,等. 4HQL-2 型花生聯(lián)合收獲機(jī)摘果及清選部件的研制[J].農(nóng)機(jī)化研究. 2009(06) [5]尚書(shū)旗,王方艷,劉曙光,趙忠海,王建春.花生收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2004(01) [6]尚書(shū)旗,劉曙光,王方艷,等.花生生產(chǎn)機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展分析[J].花生學(xué)報(bào). 2003(S1) [7]金攀.花生收獲機(jī)性能分析及推廣難點(diǎn)[J].農(nóng)機(jī)科技推廣.2010(11) [8]張日紅,朱立學(xué). 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圖紙標(biāo)示等規(guī)范。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，我們通過(guò)所學(xué)的基本理論、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和基本技能進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中同學(xué)之間齊心協(xié)力、互助合作，發(fā)揮了積極合作的團(tuán)隊(duì)精神。在畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)手稿的電子排版整理，并得到老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，在此我表示衷心的感謝。畢業(yè)設(shè)計(jì)的兩個(gè)月里，在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過(guò)資料查閱、設(shè)計(jì)計(jì)算、論文撰寫(xiě)以及外文的翻譯，使我加深了對(duì)新規(guī)范、規(guī)程、手冊(cè)等相關(guān)內(nèi)容的理解，鞏固了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高了綜合分析、解決問(wèn)題的能力。在繪圖時(shí)熟練掌握了各種 CAD 設(shè)計(jì)制圖軟件，以及多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。以上所有這些從不同方面達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求。